空气悬架的原理和使用

空气悬架的原理和使用

刘后毅

（济南交通高等专科学校，山东济南!"##!$）

摘要：论述了空气悬架的基础理论依据，分析了不同种类空气悬架的结构、使用与维修。

关键词：汽车；空气悬架；原理；使用

中图分类号：!%&$；!%&’(’文献标识码：)

引言

空气悬架的发展经历了机械调节式和电子调节式两个阶段。它能根据汽车行驶状态和外界激振的变化自动调节空气弹簧的刚度、减振器的阻尼以及车身高度，从而缓和路面传来的冲击和振动，提高车辆行驶的平顺性和操纵稳定性等。

’空气悬架的理论依据

分析汽车行驶时垂直振动参数*，俯仰振动参数!的幅频特性曲线（图’右部）和汽车稳定性参数+、",的特性曲线（图’左部），可得出下列前!点结论：

图’汽车行驶平顺性和操纵稳定性特性曲线

（’）降低减振器阻尼系数#并随机调节悬架刚度-，能使悬架固有频率./0"10!$/’0!$·-02

!

避开人体对水平方向敏感的频率范围’—!34和垂直方向敏感的频率范围%"53*，提高车辆行驶的平顺性。

（!）增大减振器阻尼系数#和悬架刚度-，可增大车辆稳定性因数+，减小前轮角输入时车辆横摆角速度",，获得理想的操纵稳定性。

（$）减振器阻尼系数#通过改变减振器内油液阻尼孔数量或通流面积来实现。

（%）空气悬架刚度-的调节原理。设空气弹簧承压面积为6、容积为7，气体绝对压力是8，设计高度下空气弹簧的气体绝对压力和容积分别是81、71。空气弹簧中气体的变化过程可近似看作等温绝热过程，则有方程：

87/8171，空气弹簧的弹力：

9/（8:’）6/（817107:’）6

据胡克定律;9/-;<

-/;90;

考虑到;70;

-/6!817107!=（8:’）;60;<

可见在空气弹簧设计尺寸一定的情况下，调节-的有效措施是改变空气弹簧中气体的压力8。（"）对;9/-;<两边积分得

9/#6!817107!;<=#（817107:’）;>;60;7

/81710<=#8171;（’?7）06;60;<:#;6

/81710<=;60;<·8171’?706:6（7/6<）

据此式作出空气弹簧特性曲线如图!所示，呈座椅性。在正常行车挠度范围，空气弹簧刚度较板簧变化和缓，车辆保持在标准高度附近，舒适性高；当车辆遇到沟坎或其它障碍物，空气弹簧被大幅度拉伸或压缩，弹簧刚度迅速上升，提高行车稳定性。!机械式空气悬架

主要由空压机、组合式滤气调压阀、储气筒、空气弹簧、双向作用筒式减振器、高度控制阀、导向机构和横向稳定机构组成。是@#年代初期产品，多用于豪华型大客车上。

收稿日期：!###:’!:#$

作者简介：刘后毅（’@&5—），男，山东济南人，实验

师。&A

刘后毅：空气悬架的原理和使用

图!载荷"挠度关系曲线

（#）组合式滤气调压阀。串联于空压机（由发动机带动、与制动系共用）和悬挂储气筒之间，集储气筒压力调节、安全保护、油水分离于一体。图$为%&’()*!+,豪华客车滤气调压阀结构原理图，经油水分离过滤的压缩气顶开单向阀+充入悬挂储气筒；当气压达到-./012时3调压阀4打开3高压气从阀芯#+下行推压活塞#!，打开卸荷阀##3油水与压缩气一齐从5排出；若调压阀失效，则高压气经安全阀/上行后压下卸荷活塞#!，打开卸荷阀##将气体从5排出，

防止储气筒气压过高。（!）高度控制阀。用来感知车身与悬架之间高度变化，即空气弹簧挠度变化，调整空气弹簧的刚度，使之维持在标准高度附近。图4为%&’()*!+,豪华客车高度控制阀结构简图，当车身下移时，感应柱塞#4带动阀芯和

图$%&’()*滤气调压阀结构原理

图4

高度传感器（气囊充气）

芯管上行，关闭两用阀门+处的排气阀顶开进气阀，悬架储气筒气体充入两侧空气弹簧，刚度增大，阻止车身下移。当车身上移时，芯管$下行，关闭进气阀打开排气阀，空气弹簧内气体经芯管$上的小孔从#$排入大气，悬架刚度下降，阻止车身上移，当进、排气阀都关闭时，车身保持标准高度，悬架刚度不变。

（$）减振器为双向作用筒式减振器，阻尼不可调，其结构原理较普通，不复赘述。

$机械式空气悬架的使用

（#）车身高度调整。将车辆水平停正，用开口板手固定住感应柱塞传动轴不转，松开连杆固定螺栓然后转动感应柱塞轴，使车身底部距地面距离为$+-6#-77，

控制阀既不进气也不排气，固定该传动轴、上紧连杆固定螺栓。

（!）空气弹簧的检修。每年一次，若弹簧扭曲、脱座、脏污、漏气时均应拆下检修。去除弹簧内污物时，要用水洗不可用油洗，不能刷油漆。

（$）减振器应按规定里程检查其减振性能和连接牢固与否，确保车辆舒适性和行驶安全。

4电控空气悬架

电控空气悬架是5-年代高级轿车上的先进装

备，可在#-!#!78内对路面或行驶条件作出反应，

,/

山东交通科技!""#年第#期图$完全自动的空气悬架系统图%空气压缩机图&减振器执行装置和可变量孔位置图

提高行驶平顺性和操纵稳定性。

（#）高度传感器与转向传感器。均为遮光盘式光电转换装置，可分别将车轮跳动量、跳动速度和转向盘转动角速度、角度转换成电信号，输送给’( )*。前者装在悬架摆臂与车架之间，一般是+!,个；后者装在转向柱上。

（!）速度传感器和加速度传感器。前者装在变速器输出端，将转速转换为电信号输送给’)*，多为电磁感应式，也有光电转换式、霍尔感应式；加速度传感器多装在驾驶员座椅下，靠内装水银开关将加速度转化为电信号。

（+）信号开关。制动开关装在制动总缸上，当制动油压达!&$-./0时，开关闭合向’)*输送电信号。门控开关一般设驾驶员门控开关和乘员门控开关两个，当车门打开时向’)*输送电信号。点火开关向’)*输送发动机运行信号。

（,）空气压缩机。活塞连杆机构由#!1直流电机驱动，压缩空气经压缩机上的硅胶干燥器除水后送至空气弹簧管路，压缩机顶部装有常闭式排气电磁阀，当弹簧排气时使用。压缩机的工作由继电器控制。

（$）空气弹簧电磁阀。每个空气弹簧顶部安装#个，串联于空压机与弹簧之间，控制气路的通断。与空气弹簧排气阀一样，均为由’)*控制的二位二通常闭电磁阀。当弹簧电磁阀通电时，压缩空气充入弹簧，刚度增大，车身升高；当弹簧电磁阀断电时，车身维持标准高度，弹簧气压和刚度不变，当弹簧电磁阀与排气电磁阀均通电时，空气弹簧放气，刚度和车高下降。

（%）悬架阻尼调节器。安装在每个减振器顶部，它通过受柔软2稳固两个继电器控制的直流电

机或电磁铁带动减振器可变量孔旋转，实现减振器“柔软”或“稳固”两种阻尼状态，以获得平顺性或操稳性。

（&）’)*和系统开关。悬架’)*多装在行李箱内，将各传感器和开关信号处理后向各执行器输送控制信号，实现车辆高度和减振器阻尼调节。并在系统出现故障时，点亮报警灯，具有自诊功能。系统开关装在’)*附近，连接蓄电池正极和’)*，用以进入或退出悬架调节功能。

（-）报警灯。打开点火开关，当某个’)*命令不能在+345之内执行时，表明系统出现故障，仪表盘上报警灯闪烁。

（6）模式开关。装在自动变速器手柄旁边或仪表板上，分自动运行和稳固状态两个位置。

$空气悬架的控制功能和使用

（#）模式开关置于自动运行位置，当#个或多个车门打开时，不论是否踩制动踏板，车辆都将自动抬升，以防车门碰到路边凸起物。良好路面上车速高于设定速度（"6"7328）时，车身高度下调!"33，以提高操纵稳定性和减小空气阻力。当高速行车（"#++7328）或急加速节气门开度"6"9或急减速制动压力"!&$-7/0或急转弯横向加速度"":+$;时，系统会自动转换为“稳固”行驶状态，以抗加速仰头、制动点头、抗侧倾。其他情况下系统保持柔软状态，即标准高度、软阻尼。

（!）若模式开关置于稳固行驶位置，阻尼执行器由稳固继电器控制，减振器将一直保持大阻尼（约为柔软状态下的+倍）状态。

（+）故障诊断。具体操作因车型而异，应遵循维修手册的规定。一般是将行李箱中的诊断连接器

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